Maschinen Zustandsberwachung Einfhrung Metra Mess und Frequenztechnik in

Maschinen. Zustandsüberwachung Einführung Metra Mess- und Frequenztechnik in Radebeul e. K. www. MMF. de

Maschinen-Zustandsüberwachung Instandhaltung Traditionelle Instandhaltung: • Periodische Stilllegung zur Überholung • Unterbrechung der Produktion, Überprüfung der Anlagen auf Verschleiß • Lager, Lüfter, Getriebe, Pumpen und andere verschleißanfällige Komponenten werden ausgetauscht, ohne ihre Restnutzungsdauer zu kennen • Zwischen diesen geplanten Reparaturen verursachen nicht vorhersehbare Fehler Produktionsausfälle • Ungeplante Reparaturen sind kostenintensiv Vorbeugende Instandhaltung: • Überwachung von Schwingung, Schall, Temperatur, Ölzustand • Erlaubt die Vorhersage von Maschinenschäden, Reparaturen können vor dem Ausfall durchgeführt werden • Instandhaltungen sind besser planbar • Höhere Anlagenverfügbarkeit • Geringere Wartungskosten • Bessere Produktqualität • Erhöhte Arbeitssicherheit Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 2

Schwingungsüberwachung an Maschinen Vorteile • • • Schwingungsamplituden sind oft proportional zum Schadensausmaß Kein Eingriff in die Maschine nötig Viele Komponenten zeigen erhöhte Schwingungen in einem frühen Stadium des Schadensverlaufs Schwingung kann sofort vor Ort oder aus der Ferne gemessen werden Schwingung gibt Auskunft über die Schwere eines Schadens und die Geschwindigkeit des Schadensverlaufs Schwingung kann zur Lokalisierung der schadhaften Komponente genutzt werden Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 3

Schwingungsüberwachung an Maschinen Entstehung von Maschinenschwingungen • • • Maschinen erzeugen Vibrationen durch rotierende oder sich linear bewegende Teile Ein Trendverlauf zu höheren Schwingamplituden deutet auf einen Schaden hin Typische Ursachen sind: - Fehlausrichtung im Antriebsstrang - Verschlissene oder beschädigte Lager - Unwuchten durch verbogene oder fehlende Teile oder Schmutzanhaftungen an Ventilatoren - Montagefehler Schwingungen treten üblicherweise mit einer Hauptrichtung senkrecht zur Rotationsachse auf Die Stärke von Schwingungen wird bestimmt durch - die Steifigkeit und die Geometrie der Maschine - das Maschinenfundament - die Drehgeschwindigkeit rotierender Teile Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 4

Schwingungsüberwachung an Maschinen Schwingungsüberwachung Dauerüberwachung • Schwingungsschalter • Schwingstärkewächter • Spektrale Schwingungswächter VS 1 x M 12 M 14 Zyklische Überwachung • Transportable Schwingstärkemesser • Transportable Schwingungsanalysatoren • Datenlogger VM 2 x Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de VM 31 5

Schwingungsüberwachung an Maschinen Arten der Messung nach ISO 20816 • • • Schwingungsmessung an nicht-rotierenden Bauteilen, meist durch seismische Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer auf einem Gehäuseteil, z. B. einem Lagergehäuse Messung der relativen Wellenschwingung, meist mit berührungslosen Wegaufnehmern zwischen Welle und Gehäuse Messung der absoluten Wellenschwingung - durch auf der Welle gleitende Messtaster mit einem seismischen Aufnehmer oder - berührungslosen Wegaufnehmer und seismischen Aufnehmer, deren Signale addiert werden Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 6

Schwingungsüberwachung an Maschinen Messparameter • Schwingweg in µm • Schwinggeschwindigkeit in mm/s • Schwingbeschleunigung in m/s² Bevorzugte Messgrößen • Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit für Messungen an nicht-rotierenden Bauteilen • Spitze-Wert des Schwingwegs für Wellenschwingungen Beziehung zwischen Beschleunigung, Geschwindigkeit und Weg in Abhängigkeit der Frequenz für sinusförmige Schwingungen Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 7

Schwingungsüberwachung an Maschinen Schwingstärkeüberwachung • • Verbreitetes und einfaches Verfahren Messung des Effektivwerts der Schwinggeschwindigkeit (Schwingstärke) in mm/s Schwingstärke ist ein Maß für den Energiegehalt von Vibrationen Frequenzbereich: oft 10 bis 1000 Hz, aber bei bestimmten Maschinenarten auch andere Bereiche Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 8

Schwingungsüberwachung an Maschinen Empfehlungen für Messpunkte • Schwingungsmessungen sollten vorzugsweise auf Lagergehäusen oder in deren Umgebung erfolgen • Für Routineuntersuchungen genügt meist eine Messung in vertikaler oder horizontaler Richtung • Starr aufgestellte Maschinen mit horizontalen Wellen habe die größten Schwingamplituden meist in horizontaler Richtung • Flexibel aufgestellte Maschinen können auch starke Vertikalkomponenten haben • Für Inspektionen sollten Schwingungsmessungen in allen drei Richtungen (horizontal, vertikal, axial) an allen Lagern durchgeführt werden Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 9

Schwingungsüberwachung an Maschinen Beispiele für Messorte an Maschinen nach ISO 20816 -1 Stehlager Hubkolbenmaschinen Schildlager Kleine elektrische Maschinen Vertikale Maschinensätze Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 10

Schwingungsüberwachung an Maschinen Zonengrenzwerte für die Schwingstärke nach ISO 20816 -1: • Wenn keine Vergleichswerte für die betreffende Maschine vorliegen, können die Anhaltswerte nach ISO 20816 -1 genutzt werden • Vergleichsgrundlage ist der höchste gemessene Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 11

Schwingungsüberwachung an Maschinen Schwingungsmessung an Hubkolbenmaschinen nach ISO 10816 -6: • Hubkolbenmaschinen, wie z. B. Verbrennungsmotoren oder Kompressoren werden durch Massen charakterisiert, die sich hin- und herbewegen • Die entstehenden Schwingungen sind stärker als bei rotierenden Maschinen • ISO 10816 -6 enthält Empfehlungen zur Beurteilung dieser Schwingungen • Gemessen werden die Effektivwerte von Schwingbeschleunigung, -geschwindigkeit und -weg • Gemessen wird auf dem Maschinenblock in allen drei Raumrichtungen, empfohlener Frequenzbereich ist 2 bis 1000 Hz. • Mit Hilfe der gemessenen Schwingwerte kann die Maschine einer bestimmten Bewertungszone zugeordnet werden • Nachfolgende Tabelle erlaubt die Charakterisierung Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 12

Schwingungsüberwachung an Maschinen Schwingungsmessung an Hubkolbenmaschinen nach ISO 10816 -6: • Zuerst werden die Schwingstärkestufen für die gemessenen Schwinggrößen bestimmt , entscheidend ist die höchste Stufe • Damit wird auf Basis der Maschinenklasse (enthält Größe, Aufbau, Aufstellung, Drehzahl…) der Bewertungszustand abgelesen Die Bewertungszonen bedeuten: A Neu in Betrieb genommene Maschine B Dauerbetrieb ohne Einschränkung möglich C Nicht mehr für Dauerbetrieb tauglich, bedingt betriebsfähig bis zur nächsten Wartung D Zu starke Schwingung, Maschinenschäden möglich Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 13

Schwingungsüberwachung an Maschinen Überwachung von Wälzlagern • Breitbandige Messung der Schwingbeschleunigung liefert oft eine hinreichende Aussage über den Zustand des Lagers • Fehlbeurteilungen entstehen z. B. durch Resonanzen oder Schwingungen aus anderen Quellen, z. B. Zahnradgetrieben • Es existiert eine Vielzahl von Schwingungs-Diagnoseverfahren mit unterschiedlichen Anwendungsbereichen: - Kennwertbasierte Verfahren: Messung des Spitzenwerts oder des Scheitelfaktors der Beschleunigung, Messung des Produkts von Effektiv- und Spitzenwert, Stoßimpulsverfahren Vorteil: einfache Messtechnik und Methodik, auch für Dauerüberwachung Nachteil: ungenau - Frequenzanalyse (FFT), Hüllkurvenanalyse Vorteil: Leistungsstarkes Verfahren, das auch Aussagen über die schadhafte Komponente innerhalb eines Lagers liefern kann Nachteil: Hoher Geräteaufwand, Fachkenntnis erforderlich, meist Experten vorbehalten, meist nur temporäre Messung Verfahren zur Bewertung des Wälzlagerzustands: VDI 3832 und ISO 15242 Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 14

Schwingungsüberwachung an Maschinen Weitere Normen (Auswahl) • ISO 20816 -5: Messung und Bewertung der Schwingungen von Maschinen - Teil 5: Maschinensätze in Wasserkraft- und Pumpspeicheranlagen • ISO 10816 -… Bewertung der Schwingungen von Maschinen durch Messungen an nichtrotierenden Teilen - Teil 2: Stationäre Dampfturbinen und Generatoren über 50 MW - Teil 3: Industrielle Maschinen mit einer Nennleistung über 15 k. W und Nenndrehzahlen zwischen 120 min⁻¹ und 15000 min⁻¹ bei Messungen am Aufstellungsort - Teil 4: Gasturbinensätze mit Gleitlagern - Teil 5: Maschinensätze in Wasserkraft- und Pumpenanlagen - Teil 6: Hubkolbenmaschinen mit Leistungen über 100 KW - Teil 7: Kreiselpumpen für den industriellen Einsatz - Teil 8: Hubkolbenkompressoren - Teil 21: Windenergieanlagen mit horizontaler Drehachse und Getriebe • ISO 13373 Zustandsüberwachung und -diagnostik von Maschinen - Schwingungs. Zustandsüberwachung - Teil 1: Allgemeine Anleitungen - Teil 2: Verarbeitung, Analyse und Darstellung von Schwingungsmesswerten - Teil 3: Anleitungen zur Schwingungsdiagnose Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 15

Danke für Ihre Aufmerksamkeit. Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul / Germany www. MMF. de 16